Integrazione di un Modello di Risospensione Dinamico, Nuove Prospettive per il Codice SPRAY

Con risospensione atmosferica, si intende il processo di rimozione di particelle solide dal suolo o in generale da superfici che determina la loro conseguente emissione in atmosfera. Questo fenomeno può essere determinato da diversi fattori, naturali o meno, tra i quali si possono citare il vento e la movimentazione di uomini o mezzi sulla superficie.

L’emissione secondaria dovuta agli effetti di risospensione può assumere una certa importanza in alcuni contesti, come ad esempio quello relativo alla stima della dispersione e accumulo di sostanze tossiche o nocive o di sostanze radioattive.

Tra le sostanze per le quali i processi di risospensione assumono una certa importanza vanno annoverate le microplastiche, ovvero minuscole particelle di plastica con diametro compreso tra 1 mm e 5 mm che si possono depositare ed accumulare al suolo. Nell’ambito della tesi di dottorato “Study and assessment of the dispersion of microplastics in the atmosphere through numerical modelling” condotta in collaborazione con il CNR-ISAC e il Dipartimento di Fisica dell’Università di Torino dal candidato Matteo Musso – sotto la supervisione della Prof.ssa Silvia Trini Castelli per il CNR, della Prof.ssa Silvia Ferrarese per l’Università e del Dott. Gianni Tinarelli per ARIANET – è in corso un’attività di sviluppo e implementazione di un modulo di risospensione dinamico all’interno del codice SPRAY, in grado di descrivere gli effetti di risospensione eolica di sostanze solide depositate al suolo. L’algoritmo, agli effetti di dispersione e deposizione già presenti nel codice SPRAY, si propone di aggiungere in maniera dinamica il processo di risospensione dovuto al vento di sostanze precedentemente depositate durante la simulazione.

L’implementazione si basa sulla formulazione proposta da Ginoux nel 2001 secondo la quale il flusso di risospensione dipende da un termine sorgente, qui legato alla massa depositata disponibile per unità di superficie su un’area A durante l’intervallo di tempo Dt, risulta essere pari a:

dove    rappresenta la frazione di suolo nudo sulla superficie,    la frazione di particolato di dimensione p, una costante numerica di taratura,   la velocità di frizione (che tiene conto delle caratteristiche del terreno),    la velocità di frizione di soglia, oltre la quale su un certo tipo di terreno viene attivata la risospensione.

Il modello, una volta attivata una matrice bidimensionale di deposizione al suolo dovuta al contributo di opportune sorgenti scelte, esegue una ri-emissione della massa coinvolta in funzione del vento che insiste su ogni cella del grigliato e una conseguente diminuzione della massa depositata sulla stessa cella. L’emissione secondaria viene realizzata mediante l’immissione nel dominio di simulazione di nuove particelle a partire dalle celle di materiale precedentemente depositato, che contribuiranno al calcolo successivo sia delle concentrazioni in aria che delle deposizioni al suolo. Il modello prevede anche di considerare situazioni nelle quali non esistono sorgenti primarie di emissione, ma unicamente sorgenti secondarie provenienti da materiale precedentemente depositato, opportunamente inizializzate all’inizio della simulazione.

Le figure seguenti esemplificano i risultati di un caso test nel quale, nelle stesse condizioni meteorologiche, il processo di risospensione viene ignorato o considerato. Nei pannelli A e B sono riportati i campi del flusso di deposizione senza (a sinistra) e con (a destra) la risospensione attiva, si nota come la risospensione tende a svuotare il campo di deposizione attraverso il processo di ri-emissione. Nei pannelli C e D sono riportati i corrispettivi campi di concentrazione in atmosfera in prossimità del suolo dove, in assenza di risospensione (sulla sinistra) i valori risultano essere inferiori rispetto a quello in presenza di risospensione (sulla destra) che beneficiano del contributo delle emissioni secondarie.